JP4202683B2 - 発光ダイオードの光量測定方法及び光量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤという）の光量測定方法及びそれに用いられる装置に関するもので、特に複数のＬＥＤを同時に発光させ、多量のＬＥＤを高速に測定する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤの自動化製造ラインの検査工程において、ＬＥＤの発光出力を測定するためには、通常ＬＥＤと受光センサを１対１で対峙させ、ＬＥＤの発光量を受光センサで電気量に変換して測定する方法が行われている。
しかしながら、ＬＥＤの発光面に比し、受光センサの受光面が広いので、受光センサに外部光の混入が避けられず、それを防ぐための遮光機構が複雑にならざるを得ないので、それが装置の小型化や簡略化の溢路にもなっている。
特に大量生産工程において、テストステーション上に密集して並べられた複数のＬＥＤを同時並列的に検査しようとするときは、各系列間相互の遮光の問題に加え、各系列間の電気的雑音の遮断や、受光センサを含めた各電気回路系統の特性が均一になるような維持管理をしなくてはならないという問題があり、検査工程の効率化の妨げとなっていた。
【０００３】
検査の速度を上げる方法としては、通常発光光量測定と同時に測定している正・逆両方向の電流，電圧測定などを別工程に移すことなどによって、測定時間の短縮化をはかっているが、基本的な問題解決には到っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の方法及び装置における外部光の影響を無くすることにより、遮光手段を省略し、測定装置を小型簡略化しようとするものである。
また、各系列間の電気的雑音の干渉や回路特性の相違による測定結果の誤差を低減し、全体として測定工程における測定時間の短縮を計るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の方法及び装置においては複数のＬＥＤを同時に発光させ、その総光量を一個の受光センサで測定するようにしたものである。
総光量から個々のＬＥＤの発光量を抽出するためには、発光側において発光信号に、各ＬＥＤ毎の識別信号を加え、受光側においてこれを分離することにより個々のＬＥＤの発光量を測定しようとするものである。
【０００６】
【実施例】
図３は従来の複数の（図示の場合は２個の）ＬＥＤを測定する装置の概略を説明する図である。
図３において、１はＤＣバイアス基準レベル発生器で、バイアスレベル調整部２によってレベルを最適な値に調整された後、二系統に分離され夫々の印加電流出力部３，３´に加えられる。
印加電流出力部３，３´の出力は、被測定ＬＥＤ４，４´に印加され、ＬＥＤ４，４´を発光させる。
【０００７】
受光センサ５にはＬＥＤ４の，受光センサ５´にはＬＥＤ４´の発光光量に比例した電流が生じ、電流／電圧変換機６，６´により出力信号ＥＸ１，ＥＸ２に変換される。
７はスキャナー付Ａ／Ｄ変換機の如き、多チャンネル電圧測定器で出力信号ＥＸ１，ＥＸ２を測定する。
【０００８】
以上の如き従来の装置においては、ＬＥＤ４及び受光センサ５の系統とＬＥＤ４´及び受光センサ５´の系統間は完全に遮光されていなければならず、更にそれ以外の外部入射光からも完全に遮光されている必要があり、それが従来の装置を小型化する上での障害となっていた。
また、両系統の回路特性の整合，電気的雑音の遮弊などが必要なことも上述のとおりである。
【０００９】
図１は、本発明の装置及び方法を説明するブロック図である。
図示の例では、説明上２個のＬＥＤを同時に測定する場合について表わしているが、同一回路を追加することによって、その数に応じた複数個のＬＥＤを同時に測定できることは言うまでもない。
図１に示す装置は大別して二部分から構成されている。
ＬＥＤを発光させる信号源から、ＬＥＤに到る発光バイアス印加セクションＡ（図中央点線の上部）と、光量検出測定セクションＢ（図中央点線の下部）である。
【００１０】
以下、先ず発光バイアス印加セクションＡの動作から説明する。
ＡＣＢはＡＣベース信号発生器で、一定振巾，一定周波数（周波数ｆｂ）の正弦波ＡＣベース信号を発生する。
この信号の一部はバイアス変調器ＢＭ１に加えられ、ここで識別信号発生器ＩＤ１の識別信号（周波数ｆ１）によって、振巾変調，周波数変調或いは位相変調等の変調を受けＡＣバイアス信号となる。（以下振巾変調の場合を例に説明する）
同様にＡＣベース信号の一部は、バイアス変調器ＢＭ２に加えられ、ここで識別信号発生器ＩＤ２の識別信号（周波数ｆ２）によって同様の変調を受けＡＣバイアス信号となる。
ｆ１とｆ２は異なる周波数なので、各ＡＣバイアス信号の波形もそれに応じて異なってくる。
【００１１】
バイアス変調器ＢＭ１，ＢＭ２の出力は、夫々アナログ加算機で代表されるバイアス信号合成器ＢＣ１，ＢＣ２に加えられ、ここでＤＣバイアス基準レベル発生器ＤＣＢの直流バイアス電圧に一定の比率で重疊される。
この比率は、後に述べるように受光側でＡＣバイアス信号による発光成分が忠実に現われるように設定することが重要で、０．１≦ＡＣバイアス／ＤＣバイアス≦０．９の範囲の比率が最適である。
バイアス信号合成器ＢＣ１，ＢＣ２の出力信号の波形の一例を図４に示す。
【００１２】
次いでこの信号は、Ｄ／Ａ変換器の機能を有するバイアスレベル調整部ＢＬ１，ＢＬ２によって、所定のバイアスレベルに調整される。ＢＬ１，ＢＬ２にＬＥＤの諸測定条件が予めプログラムとして入力されていれば、それに応じたバイアスレベルを設定することができる。
【００１３】
この信号を印加電流出力部ＩＰ１，ＩＰ２に駆動指令信号として与えると、この駆動指令信号に比例した電流がバイアス電流として被測定ＬＥＤであるＬＥＤ１，ＬＥＤ２に印加される。
このバイアス電流の波形は、図４の波形に示す如く、ＤＣバイアス電流の基準レベル上に識別信号によって振巾変調されたＡＣバイアス電流が一定比率で重疊した波形なので、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２の発光出力もこれに応じた固有の発光出力となる。
【００１４】
次に図１の光量検出測定セクションＢの動作について説明する。
ＰＤは、ホトダイオード，光電管のような受光センサで、一個の受光センサＰＤによってＬＥＤ１，ＬＥＤ２の発光量の和の光量を同時に受光するようになっている。
従って、ＬＥＤ１とＬＥＤ２間の光の遮弊は全く不要である。
また、ＬＥＤ１とＬＥＤ２の発光出力以外の本来は測定の妨害となる外部入射光があっても後述のとおりこれを排除出来る。
【００１５】
受光センサＰＤは、入射光総量にほぼ比例した電流変化を発生し、Ｉ／Ｖ変換アンプ等と呼ばれる電流電圧変換器ＩＶＣにより、電圧の変化に変換される。
この出力成分を分析すれば大凡次の四成分からなっている。
（ａ） 各ＬＥＤの発光に共通して含まれるＤＣバイアス成分の総和に相当する電圧（以下ＤＣ受光分電圧と言う。）
（ｂ） ＤＣ受光分電圧に重疊された、ＡＣバイアス信号成分の総和に相当する電圧（以下ＡＣ受光分電圧と言い、ＡＣベース信号の周波数成分ｆｂを含む）
なお、ＡＣ受光分電圧に含まれるＡＣベース信号の周波数ｆｂは、ここに到る間の信号変換の過程で位相に多少のずれが生じることがあり、厳密には周波数ｆｂでない場合もあるが、説明を簡単にするため、ＡＣベース信号の位相と、ＡＣ受光分電圧の位相は同相関係に調整されているものとし、また両信号は回路特性不完全性に基づく歪みが無視できるものとする。
ＡＣ受光分電圧は、振巾変調が行われている場合は図５のような波形が系統数分合成された波形となり、周波数変調の場合は図６のような波形が系統数分合成された波形となる。
（ｃ） 外部入射光に相当する不規則変動電圧（以下不要光分電圧と称し、その周波数をｆｐで表わす）
（ｄ） 測定系周辺に存在する電源から拾った電気的雑音（以下電気的雑音分電圧と称し、その周波数をｆｎで表わす）
【００１６】
以上、四成分を含む出力電圧を高域フィルターＨＰＦに入力し、まず上記（ａ）のＤＣ受光分電圧を取り除く。
ＤＣ受光分電圧取り除いても、各ＬＥＤの光量情報は（ｂ）のＡＣ受光分電圧に比例的に含まれているので、測定に支障は生じない。
【００１７】
高域フィルターＨＰＦの出力は、乗算機能を有する位相検知器ＰＳＤ０に入力される。
同時に位相検知器ＰＳＤ０には、ＡＣベース信号発生器ＡＣＢからＡＣベース信号（周波数ｆｂ）が加えられ、両信号は乗算される。
【００１８】
すると、高域フィルターＨＰＦの交流出力の周波数成分は、
ＡＣバイアス信号の周波数をｆｂ，識別信号周波数をｆ１，ｆ２とすると，ｆｂ，上側波帯成分ｆｂ＋ｆ１，ｆｂ＋ｆ２，及び下側波帯成分ｆｂ−ｆ１，ｆｂ−ｆ２とからなる。
この内ＡＣバイアス信号と位相、タイミングが一致するのはｆｂ成分のみということになる。
【００１９】
従って、位相検知器ＰＳＤ０出力には、下記周波数成分の電圧が現れる。
（１） 高域フィルターＨＰＦの出力に、ＡＣベース信号の位相と完全に同相な信号が存在する場合にのみ現れる零Ｈｚの電圧、即ち直流で、その電圧レベルは前記（ｂ）のＡＣ受光分電圧中のＡＣベース信号成分のレベルに比例する。
（２） ｆｂ＋ｆｂ＝２ｆｂの周波数で、振巾は上記（ｂ）のＡＣ受光分電圧レベルに比例する電圧
（３） ｆ１,ｆ２で、振巾は識別信号の振巾に比例する電圧
（４） ｆｂ＋ｆｂ＋ｆ１＝２ｆｂ＋ｆ１，ｆｂ＋ｆｂ＋ｆ２＝２ｆｂ＋ｆ２，振巾は各識別信号の振巾に比例する。
（５） ｆｂ＋ｆｐ１，ｆｂ＋ｆｐ２、振巾は不要光分電圧（ｃ）に比例する。
（６） ｆｂ−ｆｐ１、ｆｂ−ｆｐ２、振巾は不要光分電圧（ｃ）に比例する。
（７） ｆｂ＋ｆｎ１，ｆｂ＋ｆｎ２、振巾は電気的雑音分電圧（ｄ）に比例する。
（８） ｆｂ−ｆｎ１，ｆｂ−ｆｎ２、振巾は電気的雑音分電圧（ｄ）に比例する。
【００２０】
ｆｂは他の周波数（ｆ１，ｆ２，ｆｐ１，ｆｎ１）に対して十分高く設定されているので、位相検知器ＰＳＤ０の出力を遮断周波数がｆｂより＋分低く設定されている低域フィルターＬＰＦ０に通すことにより、高域成分が取り除かれ、低域フィルターＬＰＦ０の出力には上記（１）と（３）のみが現れる。
また、低域フィルターＬＰＦ０を通過帯域周波数が零Ｈｚ≪通過帯域周波数≪ｆｂとなるような帯域フィルタに置換すれば、上記（３）の成分のみが通過する。
この信号は、識別信号の総和の信号である。
【００２１】
こうして得られた（１），（３）の成分のみの信号，或いは（３）の成分のみからなる信号を位相検知器ＰＳＤ０とほぼ同様の乗算機能を有する位相検知器ＰＳＤ１，ＰＳＤ２に供給する。
一方、発光バイアス印加セクションＡの各識別信号発生器ＩＤ１，ＩＤ２からは、各系統に対応した識別信号と同成分の信号が位相検知器ＰＳＤ１，ＰＳＤ２に供給される。
【００２２】
その結果、位相検知器の出力点には次のような周波数成分の電圧が現れる。
（イ） 低域フィルターＬＰＦ０の出力に識別信号と同様の成分が存在するときは、周波数零Ｈｚ、即ち直流電圧で、振巾は識別信号による発光によって生じた電圧に比例する。
（ロ） ｆ１＋ｆ１＝２ｆ１。振巾は識別信号による発光により生じた電圧に比例する
（ハ） ｆ１＋ｆ２。振巾は（ロ）以外の各識別信号による発光により生じた電圧に比例する。
（ニ） ｆ１−ｆ２。振巾は（ロ）以外の各識別信号による発光により生じた電圧に比例する。
（ホ） ｆ１。振巾はＡＣ受光分電圧中のＡＣベース信号電圧により生じた電圧に比例する。
【００２３】
上記周波数成分からなる信号を遮断周波数を識別信号周波数ｆ１、ｆ２より低くした低域フィルターＬＰＦ１，ＬＰＦ２に加えると、高域成分が取り除かれ（イ）、即ち識別信号による発光により生じた直流電圧ＥＤ１，ＥＤ２が得られる。
このＥＤ１，ＥＤ２を、２チャンネル以上のスキャナ付のＡ／Ｄ変換器ＡＤＣに入力し、これを時分割選択して測定値を得る。
【００２４】
なお、実施例は発光バイアス印加セクションのバイアス変調器ＢＭ１，ＢＭ２において、振巾変調を行った場合について説明したが、周波数変調，位相変調を行った場合でも同様に適用できる。
図２は周波数変調を行った場合の光量検出測定セクションＢの構成を示し、この場合図１に示す位相検出器ＰＳＤ０、低域フィルターＬＰＦ０は省略することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の方法及び装置によれば、複数のＬＥＤを同時発光させ、その総光量に基づいて個々のＬＥＤ発光量の測定を行うので、各ＬＥＤ間の遮光手段を省略し得るばかりでなく、外部入射光や電気的雑音の影響も無くすることができる。
従って、装置を小型化できるばかりでなく、同時大量の検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＬＥＤ発光量測定装置を表わすブロック図
【図２】 本発明のＬＤＥ発光量測定装置の光量検出測定セクションの他の実施例を表すブロック図
【図３】 従来のＬＥＤの発光量測定装置を表わすブロック図
【図４】 図１の装置で使用されるＡＣバイアス信号の波形を説明する図
【図５】 図１の装置で使用されるＡＣ受光分電圧の波形を説明する図
【図６】 図２の装置で使用されるＡＣ受光分電圧の波形を説明する図
【符号の説明】
ＢＭ１，ＢＭ２・・・・バイアス変調器
ＢＣ１，ＢＣ２・・・・バイアス信号合成器
ＢＬ１，ＢＬ２・・・・バイアスレベル調整部
ＩＰ１，ＩＰ２・・・・印加電流出力部
ＡＣＢ・・・・・・・・ＡＣベース信号発生器
ＩＤ１，ＩＤ２・・・・識別信号発生器
ＤＣＢ・・・・・・・・ＤＣバイアス基準レベル発生器
ＬＥＤ１，ＬＥＤ２・・被測定ＬＥＤ
ＰＳＤ１，ＰＳＤ２・・位相検知器
ＬＰＦ１，ＬＰＦ２・・低域フィルター
ＥＤ１，ＥＤ２・・・・直流電圧
ＡＤＣ・・・・・・・・スキャナー付Ａ／Ｄ変換器
ＬＰＦ０・・・・・・・低域フィルター又は帯域フィルター
ＰＳＤ０・・・・・・・位相検知器
ＨＰＦ・・・・・・・・高域フィルター
ＩＶＣ・・・・・・・・電流／電圧変換器
ＰＤ・・・・・・・・・受光センサ
１・・・・・・・・・・ＤＣバイアス基準レベル発生器
２・・・・・・・・・・バイアスレベル調整部
３，３´・・・・・・・印加電流出力部
４，４´・・・・・・・ＬＥＤ
５，５´・・・・・・・受光センサ
６，６´・・・・・・・電流／電圧変換器
７・・・・・・・・・・多チャンネル電圧測定器
ＥＸ１，ＥＸ２・・・・出力信号

Claims (3)

1. 交流ベース信号を、
   被測定ＬＥＤの数に対応する複数の周波数の異なる識別信号で変調し複数の交流バイアス信号を作り、
   前記複数の交流バイアス信号を基準レベルの直流バイアス電流に重疊して複数のＬＥＤ発光用信号を作り、
   前記複数のＬＥＤ発光用信号で複数の被測定ＬＥＤを同時に発光させ、
   発光した光の総量を単一の受光センサで受光して電気信号に変換し、
   得られた前記電気信号の中から前記識別信号の電圧を取り出し、
   個々のＬＥＤ発光量を計測するようにした複数のＬＥＤの光量同時測定方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   受光センサで変換して得られた複数のＬＥＤの総光量に相当する電気信号の中から、
   まず基準レベルの直流バイアス電流で発光した成分を除去し、
   次いで識別信号で変調される前の交流ベース信号成分を除去し、
   残った総識別信号光成分を個別識別信号で分離後時分割することにより、個々の識別信号別の発光量を計測する複数ＬＥＤの光量同時測定方法。
3. 一定周波数の交流信号を発生する交流ベース信号発生器、
   被測定ＬＥＤの数に対応する異なる周波数の識別信号を発生する複数の識別信号発生器、
   前記交流ベース信号を前記複数の識別信号で変調し、複数の交流バイアス信号に変換する複数のバイアス変調器
   前記複数の交流バイアス信号を基準レベルの直流バイアス電流に重疊する複数のバイアスレベル調節器、
   前記バイアスレベル調節器の出力で、複数のＬＥＤを同時発光させるようにした複数のＬＥＤの発光バイアス印加装置、
   前記複数のＬＥＤの発光を同時に受光する一個の受光センサ、
   前記受光センサの出力電流信号を電圧に変換する電流／電圧変換器、
   前記電流／電圧変換器の出力から直流バイアス電圧による発光成分を除去する高域フィルター、
   前記高域フィルターを通過した交流信号成分から個々の識別信号を分離する装置からなる複数のＬＥＤの発光量から個々のＬＥＤの発光量を計測するＬＥＤの光量測定装置。

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